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Progresso em construir nanomachines da proteína

Um nanocage constrói-se dos componentes projetados

Uma rota para construir os nanomachines da proteína projetados para aplicações específicas pode ser mais perto da realidade.

Os sistemas Biológicos produzem uma disposição incrível de auto-montagem, ferramentas funcionais da proteína. Alguns exemplos destes materiais da proteína do nanoscale são andaimes para ancorar actividades celulares, os motores moleculars para conduzir eventos fisiológicos, e as cápsulas para entregar vírus em pilhas de anfitrião.

Os Cientistas inspirados por estas máquinas moleculars sofisticadas querem construir seus próprios, com os formulários e as funções personalizados aos desafios de moderno-dia do equipamento.

A capacidade para projectar nanostructures novos da proteína podia ter implicações úteis na entrega visada das drogas, na revelação vacinal e no plasmonics -- sinais eletromagnéticos de manipulação guiar a difracção clara para tecnologias da informação, produção energética ou outro usos.

Um método computacional recentemente desenvolvido pode ser uma etapa importante para esse objetivo. O projecto foi conduzido pela Universidade do Rei do Neil de Washington, investigador translational; Pacote de Jacob, aluno diplomado na Biologia Molecular e Celular; e William Sheffler no laboratório de David Baker na Universidade do Instituto de Washington para o Projecto da Proteína, em colaboração com colegas no UCLA e na Exploração Agrícola de Janelia.

O trabalho é baseado no pacote de modelagem macromolecular de Rosetta desenvolvido pelo Padeiro e pelos seus colegas. O programa foi criado originalmente para prever estruturas naturais da proteína das seqüências de ácido aminado. Os Pesquisadores no laboratório do Padeiro e em todo o mundo estão usando cada vez mais Rosetta para projectar estruturas novas da proteína e arranjam-no em seqüência visado resolver problemas do real-mundo.

As “Proteínas são as estruturas surpreendentes que podem fazer coisas notáveis,” Rei disseram, “podem responder às mudanças em seu ambiente. A Exposição a um metabolito particular ou uma elevação na temperatura, por exemplo, podem provocar uma alteração na forma e na função de uma proteína particular.” Os Povos chamam frequentemente proteínas os blocos de apartamentos de vida.

“Mas ao contrário por exemplo de uma tubulação do PVC,” o Rei disse, “não são simplesmente o material de construção.” São igualmente trabalhadores da construção (e a demolição) -- acelerando reacções químicas, dividindo o alimento, mensagens levando, interacção um com o otro, e execução incontável outros deveres vitais à vida.

Relatando na introdução do 5 de junho da Natureza, os pesquisadores descrevem a revelação e a aplicação do software novo de Rosetta permitindo o projecto dos nanomaterials novos da proteína compor de cópias múltiplas das subunidades distintas da proteína, que se arranjam em um pedido mais alto, arquiteturas simétricas.

Com o software novo os cientistas podiam criar cinco novelas, 24 subunidades gaiola-como nanomaterials da proteína. Importante, as estruturas reais, pesquisadores observados, estavam no acordo muito próximo com sua modelagem do computador.

Seu método depende dos pares de codificação de seqüências de ácido aminado da proteína com a informação necessário para dirigir o conjunto molecular através das relações da proteína-proteína. As relações não somente para fornecer as forças energéticas que conduzem o processo de conjunto, igualmente orientam precisamente os pares de blocos de apartamentos da proteína com a geometria exigida para render desejado gaiola-como arquiteturas simétricas.

Criando isto a proteína gaiola-dada forma, os cientistas disseram, podem ser uma primeira etapa para recipientes da nano-escala da construção. O Rei disse que olha para a frente a uma época quando as moléculas da cancro-droga serão empacotadas para dentro de nanocages projetados e entregadas directamente às pilhas do tumor, poupando pilhas saudáveis.

“O problema hoje com cancro que a quimioterapia é que bate cada pilha e faz o doente paciente da sensação,” Rei disse. Empacotar os nanovehicles personalizados interior das drogas com as opções do estacionamento restringidas aos locais do cancro pôde contornar os efeitos secundários.

Os cientistas notam que combinando apenas dois tipos de elementos de simetria, como neste estudo, pode na teoria causar uma escala de formas simétricas, tais como grupos do ponto, hélices, camadas, e cristais cúbicos.

O Rei explicou que o sistema imunitário responde aos testes padrões repetitivos, simétricos, tais como aqueles na superfície de um vírus ou das bactérias da doença. Os nano-chamarizes da Construção podem ser um comboio de maneira o sistema imunitário para atacar determinados tipos de micróbios patogénicos.

“Este conceito pode transformar-se a fundação para as vacinas baseadas em nanomaterials projetados,” o Rei disse. Promova abaixo da estrada, ele e o Pacote antecipa que estes métodos de projecto puderam igualmente ser úteis para desenvolver tecnologias energéticas limpas novas.

Os cientistas adicionados em seu relatório, “O controle preciso sobre a geometria da relação oferecida por nosso método permitem o projecto de nanomaterials da proteína do dois-componente com características diversas do nanoscale, tais como superfícies, poros, e volumes internos, com precisão alta.”

Foram sobre dizer que as combinações possíveis com os materiais do dois-componente expandem extremamente o número e a variedade de nanomaterials potenciais que poderiam ser projectados.

Pode ser possível produzir nanomaterials em uma variedade de tamanhos, formas e regime, e igualmente move-se sobre para construir uns materiais cada vez mais mais complexos de mais de dois componentes.

Os pesquisadores sublinharam que o objetivo a longo prazo de tais estruturas não é ser estático. A esperança é que imitarão ou irã0 além do desempenho dinâmico dos conjuntos naturais da proteína, e que eventualmente as máquinas moleculars novas da proteína poderiam ser manufacturados com funções programáveis.

Os pesquisadores indicaram que embora projetar proteínas e nanomaterials proteína-baseados é muito desafiante devido à complexidade relativa de estruturas e de interacções da proteína, lá são agora mais do que um punhado dos laboratórios em todo o mundo que fazem passos principais neste campo. Cada Um dos contribuinte principais tem as forças chaves, disseram. As forças da equipe de UW estão na precisão do fósforo das proteínas projetadas aos modelos computacionais e da previsibilidade dos resultados.

Este projecto foi apoiado com o financiamento do Howard Hughes Medical Institute, do National Science Foundation, da Iniciativa Vacinal Internacional, do Escritório da Força aérea dos E.U. da Investigação Científica, e do Ministério de E.U. de Energia.

Source: Universidade de Washington